【水处理知识点】水处理中填料的分类与选择
什么是填充剂？
填充一般是指将材料填充到其他物体中。
在化学工程中，填料是指安装在填料塔内的惰性固体材料，如鲍尔环、拉西环等。 其作用是增加气液接触面，使气液相互强烈混合。
在化工产品中，填料又称填料，是指用于改善产品的加工性能、机械性能和/或降低成本的固体材料。
在污水处理领域，主要应用于接触氧化工艺。 微生物会在填料表面积聚，增加与污水的表面接触，降解污水。
优点：结构简单、压降小、易于用耐腐蚀的非金属材料制造等，非常适合气体吸收、真空蒸馏和腐蚀性流体的处理。
缺点：当塔颈增大时，会造成气液分布不均匀、接触不良等，导致效率下降，称为放大效应。 同时，填料塔也存在重量重、成本高、清洗维护麻烦、填料损失大等缺点。
填料有哪些类型？
拉西环填料
拉西环填料是由F. 于1914年发明的，它是一种具有相同外径和高度的环。 拉西环填料气液分布差、传质效率低、阻力大、通量小，在工业上已很少使用。
鲍尔环填料
鲍尔环填料是拉西环的改进。 拉西环的侧壁上开有两排长方形窗户。 切割后的环壁一侧仍与壁面相连，另一侧则弯入环内。 ，形成向内延伸的舌叶，舌叶的两侧重叠在环的中心。
由于环壁的开口，鲍尔环大大提高了环内空间和环内表面的利用率。 气流阻力小，液体分布均匀。 与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可提高50%以上，传质效率提高30%左右。 鲍尔环是一种广泛使用的填料。
阶梯环填料
阶梯环填料是鲍尔环的改进。 与鲍尔环相比，阶梯环高度降低一半，并在一端增加了锥形法兰。
由于长径比的减小，气体绕填料外壁的平均路径大大缩短，减少了气体通过填料层的阻力。 锥形法兰不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间的主要接触由线接触变为点接触。 这不仅增加了填料之间的间隙，而且成为液体沿填料表面流动的收集和分散点。 ，可促进液膜表面更新，有利于提高传质效率。
阶梯环的综合性能优于鲍尔环，使其成为目前使用的最优异的环填料类型。
弧鞍填料
弧鞍形填料是鞍形填料的一种。 其形状如马鞍，一般由瓷质材料制成。
弧鞍形填料的特点是表面完全敞开，不分里外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流阻小。
缺点是容易发生重叠，造成部分填料表面重叠，降低传质效率。 弧鞍形填料强度差，易破碎，在工业生产中应用不广泛。
矩鞍填料
矩形鞍形填料将弧形鞍形填料两端的弧形面改为矩形面，且两侧尺寸不同，成为矩形鞍形填料。
鞍形填料堆放时不会重叠，液体分布均匀。 鞍形填料一般采用瓷质材料，其性能优于拉西环。 在大多数国内应用中，陶瓷拉西环已被陶瓷鞍形填料所取代。
金属环鞍形填料
环鞍形填料（国外称）是考虑环形和鞍形结构特点而设计的一种新型填料。 该填料一般由金属制成，故又称金属环鞍座填料。
环鞍形填料结合了环形填料和鞍形填料的优点。 其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，广泛应用于散装填料。
球形填料
球形填料一般采用塑料注塑成型，有多种结构。 球形填料的特点是球体是空心的，允许气体和液体从其内部通过。
由于球形结构的对称性，填充密度均匀，不易产生孔洞、桥连，因此气液分散性能良好。 球形填料一般只适用于某些特定场合，工程应用较少。
除上述典型的散装填料外，具有独特结构的新型填料也在不断被开发出来，如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。
规整填料
规整填料是按一定的几何构型排列并整齐堆放的填料。 规整填料的种类很多，按其几何结构可分为网格填料、波纹填料等。
①网格包装
网格填料是由条状单元按一定规则组合而成，有多种结构形式。 工业上最早使用的格栅填料是木格栅填料。
比较常用的有格里奇网格填料、网状网格填料、蜂窝网格填料等，其中以格里奇网格填料最具代表性。 网格填料比表面积较低，主要用于要求压降小、载荷大、防堵塞的场合。
② 瓦楞包装
波纹填料工业上使用的规整填料大多是波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的盘状填料。 波纹与塔轴的倾斜角度为30°和45°。 两个相邻的波纹在组装过程中组装在一起。 木板以相反的方向堆叠。 每盘填料垂直安装在塔内，相邻两盘填料错开90°排列。
波纹填料按结构可分为网状波纹填料和板式波纹填料两大类。 其材质包括金属、塑料和陶瓷。
丝网波纹填料是网状波纹填料的主要形式，它是由丝网制成的。 金属网波纹填料压降小，分离效率高。 特别适用于精密蒸馏和真空蒸馏设备，为难分离和热敏性物质的蒸馏提供了有效手段。 虽然其成本较高，但由于其优异的性能，仍被广泛使用。
金属板波纹填料是板波纹填料的主要形式。 该填料的波纹板上冲有许多f5mm左右的小孔，可以使液体大致分布在板上，增强横向混合。
波纹板上轧有细沟槽，可以使液体在板上精细分布，增强表面润湿性能。 金属孔板波纹填料强度高、耐腐蚀性强，特别适用于大直径塔和气液负荷大的场合。
金属轧制孔板波纹填料是另一种具有代表性的波纹板填料。 它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲孔，而是刺穿的。 采用滚压法在板材上滚压出直径0.4~0.5mm的非常致密的小刺孔。
其分离能力与网状波纹填料相似，但抗堵塞能力比网状波纹填料强，且价格便宜，应用广泛。
波纹填料的优点是结构紧凑、阻力小、传质效率高、处理能力大、比表面积大（常用的有125、150、250、350、500、700等）。
波纹填料的缺点是不适合处理粘度大、易聚合或含有悬浮物的物料，且装卸和清洗困难，成本较高。
③ 脉冲填料
脉冲填料是一种由空心棱柱体按一定方式颈缩组装而成的规整填料。
脉冲填料组装后，将形成带颈缩的多孔棱柱通道。 其纵向流道交替收缩和膨胀，气、液相通过时产生强烈的湍流。
在收缩段，气体速度最高，湍流强烈，从而增强传质。 在膨胀段，气体速度降至最低，实现两相分离。 流道的收缩和扩张交替重复，实现了“脉冲”传质过程。
脉冲填料的特点是处理量大、压降小，是真空蒸馏的理想填料。 其优良的液体分布性能降低了放大效应，因此特别适用于塔径较大的场合。
聚四氟乙烯填料
聚四氟乙烯阀杆填料是采用聚四氟乙烯细粉采用新工艺制成的软质制品。
白色，连续绳状，截面圆形。 具有高度的柔韧性、优异的填充性、自润滑性、低摩擦系数、耐腐蚀等性能。
优势：
① 装载快捷、方便。 灌装时，一般不需要拆卸阀门。 只需将绳状填料缠绕在阀杆上，推入填料函，拧紧箱盖，填料就会被压成一个致密的整体。
② 密封性能优良。 膨体聚四氟乙烯独特的微观结构赋予该产品优异的柔韧性和成型性，使其能够轻松填充填料函内部空隙，甚至阀杆和箱体上的所有凹坑和凹槽。 这也防止了更换或修理腐蚀、磨损的旧阀门。
③ 使用寿命长。 由于其具有长期柔软的可塑性，可以随时填充泄漏缝隙，并且由于不腐蚀、不老化，因此可以长期使用。
④ 阀门启闭灵活、轻松。 因为PTFE具有最低的摩擦系数和优良的自润滑性能。
⑤ 不污染管道内的流体。 由于其洁白洁净，不会因腐蚀、老化而脱落，特别适用于医药、精细化工、食品等行业。
⑥规格通用，减少填料的储存量，节省开支。 只需准备几种厚度的阀杆填料即可满足大多数阀门的需要。
一般选用能用手嵌入的最大尺寸的此类填料，但较细的填料也可用于大尺寸的阀门。 经压制后，还将模压成型，得到致密的密封体。
塑料填料
塑料填料是通过模具压制成型的填料。 使用时不需要像编织盘根那样切割卷成环状，而是根据轴颈的尺寸制成环状。 塑料填料有两种形式：棉质填料和层压填料。
① 填充棉
棉填料是由纤维、石墨、云母、金属粉（或金属片）、油脂和弹性粘结剂混合，成型为环状，然后在外层编织一层石棉纱（金属丝也可以）根据需要使用）。
另一种使用方法是将混合物直接放入填料腔内，经压盖压紧后直接使用。 由于填料没有固定的尺寸，填料填充不当很容易影响密封性能，所以这种方法很少采用。
海绵填料中各种混合物的种类和比例可根据工况条件进行调整。 例如，在高压蒸汽密封中添加铜粉，在酸性介质密封中添加铅颗粒或铅片，在轴振动时可以增加更多的弹性。 良好的粘合剂等。
由于这种填料不含润滑剂，因此在高压下其体积变化很小，可用于高速泵和高压阀门的密封。 若添加固体润滑剂，可保证良好的自润滑性能，且结构致密，有利于提高密封性。 另外，海绵填料具有塑性流动性，也可与金属填料配合使用。
② 叠层包装
此类填料是在石棉布或帆布表面涂以橡胶，经层压或缠绕后热压硫化而成。 也可填充橡胶芯等软填料或嵌入弹簧。 有几种层压填料结构。 。
叠片填料具有良好的密封性能，可用于120℃以下的低压蒸汽、水和氨液体。 主要用于往复轴密封和阀杆密封。 无接口环装叠片填料也可用作往复泵活塞。 戒指。 由于层状填料中含有的润滑剂不足，所以在使用时需要添加润滑剂。
填料如何选择？
填料的选择包括确定填料的种类、规格和材质。 所选填料不仅要满足生产工艺的要求，还要尽量减少设备投资和运行成本。
填料类型的选择
在考虑分离工艺的要求时，通常考虑以下几个方面：
传质效率应该高。 一般来说，规整填料的传质效率高于散装填料。 通量需要很大。 在保证较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因数的填料。
填料层的压降应较低。
该填料具有较强的防污、防堵性能，易于拆装、检查。
填料规格的选择
填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。
①散装填料规格的选择
工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等规格。
对于同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增大，通量下降，填料成本也增加很多。 小直径塔采用大规格填料时，会出现液体分布不良、壁流严重等现象，降低塔的分离效率。
因此，必须对塔径与填料尺寸的比例进行规定。 一般塔径与填料公称直径之比D/d应大于8。
②规整填料规格的选择
工业上常用的规整填料的型号和规格有多种表示方法。 在我国习惯上用比表面积来表示，主要有125、150、250、350、500、700等规格。
对于同一类型的规整填料，比表面积越大，传质效率越高，但阻力增大，通量下降，填料成本也显着增加。
选择时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质、设备投资、运行费用等综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又能经济合理。
填充材料的选择
填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。
①陶瓷填料 陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性和耐热性。 陶瓷填料价格便宜且具有良好的表面润湿性能。 其最大的缺点是质脆、易碎。 广泛应用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等工艺。
②塑料填料
塑料填料的材质主要有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）等。 我国一般使用聚丙烯。 塑料填料具有良好的耐腐蚀性，能耐一般无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。 具有良好的耐温性能，可在100℃以下长期使用。
塑料填料质轻、价格便宜、韧性好、耐冲击而不脆，可制成薄壁结构。 它通量大、压力低，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置。
塑料填料的缺点是表面润湿性能较差，但可以通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。
③ 金属填料
金属填料可由多种材料制成，腐蚀问题是选择时主要考虑的问题。
碳钢填料成本低，表面润湿性能好。 对于非腐蚀性或低腐蚀性系统应优先考虑。
不锈钢填料具有较强的耐腐蚀性，一般能耐除Cl-以外的常见体系的腐蚀。 但其成本高、表面润湿性能差。 在一些特殊场合（如极低喷雾密度下的减压精密蒸馏过程），需要对其表面进行处理才能达到良好的使用效果。
由钛、特种合金钢等材料制成的填料非常昂贵，一般只用于某些高腐蚀性系统。
一般来说，金属填料可制成薄壁结构，其通量大、气阻小、抗冲击性能高。 它们可以在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最广。
总结
选择填料时，特定应用的最佳填料标准基于复合材料的预期性能。 必须考虑以下基本原则：
1、填料在加工过程中必须保持其原有的结构，并保持惰性、不溶性、热稳定性、不挥发性、无催化活性和低吸附性。
2、填料必须与基材相容且无腐蚀性。
3、操作方便、容重高、含水率低、粉尘低、无毒。
4、获取方便、货源充足、价格适中、质量稳定。